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固定化細(xì)胞的形狀與性質(zhì)-新型發(fā)酵技術(shù)固定化細(xì)胞

1.固定化細(xì)胞的形狀

由于細(xì)胞的固定化技術(shù)是酶的固定化技術(shù)的延伸，兩者在許多方面都相同，因此許多固定化細(xì)胞的形狀與固定化酶的形狀相同，如珠狀、塊狀、片狀或纖維狀等。用無(wú)載體法制備的為粉末狀的固定化細(xì)胞，固定化細(xì)胞的方法主要是包埋法，其次是交聯(lián)法或二者相結(jié)合的方法。工業(yè)上應(yīng)用多的就是用包埋法制備各種形狀的固定化細(xì)胞。

2.因定化細(xì)胞的性質(zhì)

細(xì)胞被固定化后，其中酶的性質(zhì)、穩(wěn)定性、適pH、適溫度和K值的變化基本上與固定化酶相仿。細(xì)胞的固定化主要是利用胞內(nèi)酶，因此固定化的細(xì)胞主要用于催化小分子底物的反應(yīng)，而不適于大分子底物。

固定化細(xì)胞按其生理狀態(tài)可以分為死細(xì)胞和活細(xì)胞兩大類。固定化的細(xì)胞在形態(tài)學(xué)上般沒(méi)有明顯變化，但用掃描電鏡觀察到固定化酵母細(xì)胞膜有內(nèi)陷現(xiàn)象。

固定化死細(xì)胞在固定化之前經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)手段處理，目的在于增加膜的通透性，抑制副反應(yīng)發(fā)生，適合于單酶催化反應(yīng)，其固定化以后的性質(zhì)類似于固定化酶的性質(zhì)變化。

固定化靜止細(xì)胞和饑餓細(xì)胞在固定化以后細(xì)胞是活的，但采用了控制措施，細(xì)胞并不生長(zhǎng)緊殖，處于休眠或饑餓狀態(tài)。

固定化增殖細(xì)胞是將活細(xì)胞固定在載體上，可以在連續(xù)的反應(yīng)過(guò)程中保持旺盛的生長(zhǎng)繁殖能力。從理論上講只要載體不解體、不污染，就可以長(zhǎng)期使用。以基因工程菌為例，固定化的工程菌比游離菌穩(wěn)定性好。

細(xì)胞固定化后，適pH的變化無(wú)特定規(guī)律，如聚丙烯酰胺凝膠包埋的大腸桿菌（E.coli）（含天冬氨酸酶）和產(chǎn)氨的短桿菌（含延胡索酸酶）的適pH與各自游離的細(xì)胞相比，均向酸側(cè)偏移；但用同種方法包埋的無(wú)色短桿菌（含I脫氨酶）、惡臭假單胞菌（含L脫亞氨酶）和大腸桿菌（含酰胺酶）的適pH均無(wú)變化。因此可選擇適當(dāng)?shù)墓潭ɑ椒ㄌ幚硐鄳?yīng)的細(xì)胞，使其適pH符合反應(yīng)要求，細(xì)胞被固定化后，適溫度通常與游離細(xì)胞相同，如用案丙烯酰胺凝膠包埋的大腸桿菌（含天冬氨酸酶、酰胺醉）和液體無(wú)色桿菌（含L脫氨酶），適溫度和游離細(xì)胞相同，但用同方法包埋的惡臭假單藍(lán)（含L-脫亞胺酶）的適溫度卻提高20℃。

固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性般都比游離細(xì)胞高，如含天冬氨酸酶的大腸桿菌用精三醋酸纖維素包埋后，用于生產(chǎn)L-天冬氨酸，于37℃連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩年后，仍保持原活力的97%；用卡拉膠包埋的黃色短桿菌（含延胡索酸酶）生產(chǎn)L蘋果酸，在37℃連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)年后，其活力仍保持不變。由此可見(jiàn)，細(xì)胞的固定化具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

3.固定化酶活力的淵定方法

固定化酶具有兩個(gè)基本反應(yīng)系統(tǒng)，即填充床反應(yīng)系統(tǒng)和懸浮攪拌反應(yīng)系統(tǒng)。因此，根據(jù)固定化酶的反應(yīng)系統(tǒng)，其活力的測(cè)定可以分為分批測(cè)定法和連續(xù)測(cè)定法兩種。

（1）分批測(cè)定法

分批測(cè)定法是固定化酶在攪拌或振蕩的情況下進(jìn)行測(cè)定的方法，與測(cè)定天然酶的方法基本致，即間隔定時(shí)間取樣，過(guò)濾后按常規(guī)測(cè)定，方法比較簡(jiǎn)便。但測(cè)定結(jié)果與反應(yīng)器的形狀、大小和反應(yīng)液的數(shù)量有關(guān)，同時(shí)也與攪拌和振蕩的速度有關(guān)，速度加快，活力上升，達(dá)到定程度后活力不再改變。但若攪拌過(guò)快會(huì)導(dǎo)致固定化酶破碎成更小的細(xì)粒而使酶的活力升高，因此測(cè)定過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，否則無(wú)可比性。

（2）連續(xù)測(cè)定法

不管是分批反應(yīng)器還是連續(xù)攪拌反應(yīng)器或填充床反應(yīng)器，都可以從其中引出反應(yīng)液到流動(dòng)比色杯中進(jìn)行分光光度測(cè)定。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器中，可以根據(jù)底物的流入速度和反應(yīng)速度之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算酶的活力，但反應(yīng)器的形狀可能影響反應(yīng)速度。除分光光度法外，也可以在緩沖能力弱的情況下用自動(dòng)pH滴定儀來(lái)測(cè)定質(zhì)子的產(chǎn)生與消耗過(guò)程，或者通過(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中氧氣、NH，、電導(dǎo)和旋光的變化來(lái)確定酶的活力。

思考題

1.簡(jiǎn)述固定細(xì)胞發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)。

2.常用的細(xì)胞固定方法有哪些？